国内外展纱技术及设备研究进展.pdf

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1、2014年第11期玻璃钢／复合材料91国内外展纱技术及设备研究进展李蓓蓓，朱家强，李炜(1．东华大学纺织学院，上海201620；2．上海晋飞复合材料科技有限公司，上海201100；3．产业用纺织品教育部工程研究中心，上海201620)摘要：与传统碳纤维织物相比，展纱织物可以将纤维在织造前展开，使得纤维在织物中取向直、屈曲少。展纱技术可以制得更为轻薄的织物，并且织物表面平整度进一步提高，最终改善了复合材料的机械性能。本文介绍了展纱技术及目前常用的机械式多组辊筒、声波、超声波以及气流喷射扩纤法原理及相关设备。关键

2、词：展纱；机械多辊筒；气流喷射；超声波；声波中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)11—0091—051引言目前，用于先进复合材料中的增强纤维主要是碳纤维¨，。为了实现低价格化而增多碳纤维集束根数(大丝束纤维)，但是大丝束碳纤维存在随着纤维束根数增多而发生纤维的曲折、扭结的现象，且树脂基体不容易浸润到大丝束纤维束内部，单丝间容易产生孔隙，容易造成纤维相和树脂相的富集与(a)纤维束展宽前后宽度变化分离等缺陷，同时会随丝束直径增加，在复合材料成(a)Changesinthew

3、idthoffibertowbe~re型过程中出现纤维屈曲及铺层角度错位的可能性也andaftertow—spreading1一原始纤维束(宽度：6mm)；2一展宽纤维束(宽度：12mm)；在增加，从而使复合材料强度、刚度受影响，力学性3-展宽纤维束(宽度：20ram)能降低、分散性大，不能满足结构设计的要求。国内外正在开发将纤维束扩宽变薄的展纱技术，在很大程度上能避免此类缺陷的产生。展纱技术符合先进复合材料轻质、高强、高模、易于成型的要求，成为新材料研究领域的关键技术之一。本文介绍了展纱技术、展纱原理及其设

4、备。(b)展纱前后纤维束排列的变化(b)Changesin山earrangementoffibertowbe~reandaftertow—spreading2展纱技术展纱技术是将纤维束沿宽度方向均匀扩散、丝图1展纱前后纤维柬变化Fig．1Changesinthefibertowbe~reandaftertow-spreading束变薄的过程。纤维束被展的宽度越宽，厚度相应就会越薄。图1所示为纤维束展纱前后宽度、排列展纱织物是利用展纱技术制得展宽纤维束作为变化，传统12K碳纤维宽为6mm左右，利用展纱技经纱和纬

5、纱，按一定规律交织而成的片状织物集合体]。如图2所示，传统碳纤维织物因为纤维未展术可将碳纤维宽度可分散至12—32mm(即约为原来开，丝束细，纤维束单位面积经、纬交织处会比较多，的2—5倍)，纤维束截面由圆形变为扁平状，纤维束丝束厚，使得纤维束卷曲度大，纤维束不容易排列紧变薄j。收稿日期：2013—12—23作者简介：李蓓蓓(1992．)，女，硕士，主要从事复合材料展纱、预浸纱方面的研究。P，C誊l2lo．192国内外展纱技术及设备研究进展密，因而在经、纬纤维束交织时屈曲多，经、纬纤维束相比较。从表l中可以看

6、到，展纱织物克重比传统交错排列处容易有空隙，纤维体积含量低，这必然导织物可轻至1．2～10倍。致纤维强度利用率少，从而不利于织物强力提高。表l碳纤维传统织物与展纱织物克重比较TablelThegramweightcomparisonbetweenconventional反之，展纱织物中经、纬丝束宽，纤维束单位面积交carbonfabricandspreadtowfabric织次数少，丝束薄，相邻的纤维束容易紧紧排在一起，纤维在织物中取向直，纤维经、纬纱间接触面积又大，使纤维束间滑动阻力增大，有助于织物强力提高

7、，因而机械性能优于传统碳纤维织物。总之，利用展纱技术制备的纤维束用于织造展纱织物时，展纱织物具有纤维束在织物中取向直、屈曲少、交织点少、纱线伸直、纱线利用率提高、织物更轻薄等优点，这些优点导致了最终的复合材料构件具有轻质、高强、高模等特性。3展纱方法目前，人们对纤维束的扩展和分散技术进行了大量的研究。应用于展纱技术所用增强纤维主要是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等高性能纤维，其中以(a)传统织物碳纤维为主。所用的展纱方式主要包括机械式多组(a)ConventionalCarbonFabric辊筒扩纤法、气流喷射扩

8、纤法、超声波扩纤法、声波1经纱；2-纬纱扩纤法、液体诱导扩纤法、静电扩纤法等。3．1机械式多组辊筒扩纤法目前，常用的展纱方式主要通过机械式多滚筒滚压方式将纤维束扩展和分散。图3为机械多辊筒展纱装置原理图，它是由一根左右摆动的摆动杆1、一根上下运动的震动杆2和一根固定杆3组成，由摆动杆向纤维束施加水平方向的拉力和同时由震动杆向纤维束施加垂直方向的拉力从而使得纤维束被拉宽(b)腱纱织物(b)Spread